(57)【要約】【課題】電荷の転送不良が発生するのを抑制することが可能な固体撮像装置を提供する。【解決手段】この固体撮像装置は、隣接する２つの画素分離領域７間に位置するｎ型シリコン基板１１に形成された撮像部１側の転送領域８と、隣接する２つの画素分離領域７間に位置するｎ型シリコン基板１１に撮像部１側の転送領域８と電子の転送方向に沿って隣接するように形成された境界部近傍の転送領域９ａと、撮像部１側の転送領域８上に形成された転送電極１６ａと、境界部近傍の転送領域９ａ上に形成された転送電極１６ｂとを備えている。また、撮像部１側の転送領域８のｎ＋型不純物領域１４ａから蓄積部２側の転送領域９ａに向かう電荷転送経路において、撮像部１側の転送領域８のｎ＋型不純物領域１４ａの一部に対応する蓄積部２側の転送領域９ａの部分に、撮像部１側の転送領域８のｎ＋型不純物領域１４ａよりもｎ型不純物濃度が低いｎ型不純物領域１３を形成する。【選択図】図３
2007066929.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の表面に、電荷の転送方向に交差する方向に所定の間隔を隔てて、前記電荷の転送方向に延びるように形成された複数の画素分離領域と、
隣接する２つの前記画素分離領域間に位置する前記基板の表面に形成され、第１導電型の第１の不純物濃度を有する第１不純物領域を含む第１領域と、
前記隣接する２つの画素分離領域間に位置する前記基板の表面に、前記第１領域と前記電荷の転送方向に沿って隣接するように形成された第２領域と、
前記第１領域上に形成され、前記第１領域内の前記電荷を転送させる機能を有する第１転送電極と、
前記第２領域上に形成され、前記第２領域内の前記電荷を転送させる機能を有する第２転送電極とを備え、
前記第１領域の第１不純物領域から前記第２領域に向かう電荷の転送経路において、前記第２領域は、前記第１領域の第１不純物領域の第１導電型の第１の不純物濃度よりも低い第１導電型の第２の不純物濃度を有する第２不純物領域を含む、固体撮像装置。
【請求項２】
前記第１転送電極は、前記電荷の転送方向に沿った方向の第１の長さを有しており、
前記第２転送電極の前記第１転送電極と反対側に所定の間隔を隔てて設けられ、前記第１の長さよりも大きい前記電荷の転送方向に沿った方向の第２の長さを有する第３転送電極をさらに備える、請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記第１領域の第１不純物領域から前記第２領域に向かう電荷の転送経路において、前記第２領域は、前記第１不純物領域の第１の不純物濃度と同じ第１導電型の不純物濃度を有する第３不純物領域をさらに含み、
前記第３不純物領域の前記電荷の転送方向に交差する方向の合計長さは、前記第１不純物領域の前記電荷の転送方向に交差する方向の長さよりも小さい、請求項１または２に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記第２不純物領域の前記電荷の転送方向に交差する方向の長さは、前記第１不純物領域の前記電荷の転送方向に交差する方向の長さと同じである、請求項１または２に記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記第２領域の第２不純物領域は、前記第１領域と前記第２領域との境界部から前記電荷の転送方向に沿って前記第１領域と反対側に所定の距離ずらして形成されている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像装置に関し、特に、電荷を転送するための転送電極を備えた固体撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電荷を転送するための転送電極を備えた固体撮像装置が知られている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
図１３は、上記特許文献１に開示された固体撮像装置と同様の転送電極を備えた従来の一例による固体撮像装置の構成について説明するための平面レイアウト図である。図１４は、図１３に示した従来の一例による固体撮像装置の撮像部から蓄積部へ電子（電荷）を転送する前のポテンシャルの状態を示した図である。図１３を参照して、この従来の一例による固体撮像装置には、光電変換により電子を生成する撮像部１０１と、撮像部１０１から転送された電子を蓄積する蓄積部１０２とが設けられている。また、この従来の一例による固体撮像装置では、基板（図示せず）の表面に電子の転送方向に沿って延びるように複数の画素分離領域１０３が形成されている。複数の画素分離領域１０３は、電子の転送方向に直交する方向に沿って所定の間隔を隔てて設けられている。
【０００４】
また、隣接する画素分離領域１０３間には、撮像部１で生成された電子を転送するための転送領域１０４が設けられている。この転送領域１０４は、隣接する画素分離領域１０３間に形成されたｎ型不純物領域１０５と、ｎ型不純物領域１０５内に形成され、ｎ型不純物領域１０５よりも高い不純物濃度を有するｎ＋型不純物領域１０６とによって構成されている。また、ｎ＋型不純物領域１０６の電子の転送方向に直交する方向の長さＷは、撮像部１０１から蓄積部１０２に渡って等しい長さになるように構成されている。また、基板（図示せず）上には、絶縁膜（図示せず）を介して複数の転送電極１０７ａおよび１０７ｂが電子の転送方向に沿って所定の間隔を隔てて設けられている。この複数の転送電極１０７ａおよび１０７ｂは、電子の転送方向に直交する方向に延びるように形成されている。また、蓄積部１０２に設けられた転送電極１０７ｂの電子の転送方向に沿った方向の長さＬ４は、撮像部１０１に設けられた転送電極１０７ａの電子の転送方向に沿った方向の長さＬ３に比べて大きくなるように構成されている。
【０００５】
このように構成することによって、従来の一例による固体撮像装置では、図１４に示すように、蓄積部１０２のオン状態の転送電極１０７ｂ下の転送領域１０４に形成されるポテンシャル井戸の電子の転送方向に沿った方向の幅Ａ２が、撮像部１０１のオン状態の転送電極１０７ａ下の転送領域１０４に形成されるポテンシャル井戸の電子の転送方向に沿った方向の幅Ａ１に比べて大きくなるように構成されている。また、蓄積部１０２に設けられた転送電極１０７ｂの電子の転送方向に沿った方向の長さＬ４が撮像部１０１に設けられた転送電極１０７ａの電子の転送方向に沿った方向の長さＬ３に比べて大きくなるように構成することによって、蓄積部１０２のオン状態の転送電極１０７ｂ下の転送領域１０４には、撮像部１０１のオン状態の転送電極１０７ａ下の転送領域１０４に比べて、より大きな電界が印加される。これにより、蓄積部１０２のオン状態の転送電極１０７ｂ下の転送領域１０４に形成されるポテンシャル井戸の深さＤ２は、撮像部１０１のオン状態の転送電極１０７ａ下の転送領域１０４に形成されるポテンシャル井戸の深さＤ１よりも大きくなる。このようにして、蓄積部１０２のオン状態の転送電極１０７ｂ下の転送領域１０４に形成されるポテンシャル井戸の大きさが、撮像部１０１のオン状態の転送電極１０７ａ下の転送領域１０４に形成されるポテンシャル井戸の大きさに比べて大きくなるように構成されている。これにより、図１３に示した従来の一例による固体撮像装置では、蓄積部１０２の転送領域１０４における電子の蓄積容量が撮像部１０１の転送領域１０４における電子の蓄積容量に比べて大きくなるように構成されている。
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−６９２３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、図１３に示した従来の一例による固体撮像装置では、図１４に示した撮像部１０１から蓄積部１０２へ電子を転送する前の状態において、撮像部１０１と蓄積部１０２との境界部の蓄積部１０２側の転送領域１０４ａ（図１３参照）に形成されるポテンシャル障壁の高さが、オン状態の転送電極１０７ｂからの大きな電界の影響によって減少するという不都合がある。これにより、撮像部１０１と蓄積部１０２との境界部の撮像部１０１側の転送領域１０４に形成されたポテンシャル井戸から、撮像部１０１と蓄積部１０２との境界部の蓄積部１０２側の転送領域１０４ａに形成されたポテンシャル障壁を越えて蓄積部１０２側へ電子が流出する場合があるという不都合がある。その結果、電子の転送不良が発生するという問題点がある。
【０００８】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、電荷の転送不良が発生するのを抑制することが可能な固体撮像装置を提供することである。
【課題を解決するための手段および発明の効果】
【０００９】
上記目的を達成するために、この発明の一の局面における固体撮像装置は、基板の表面に、電荷の転送方向に交差する方向に所定の間隔を隔てて、前記電荷の転送方向に延びるように形成された複数の画素分離領域と、隣接する２つの前記画素分離領域間に位置する前記基板の表面に形成され、第１導電型の第１の不純物濃度を有する第１不純物領域を含む第１領域と、隣接する２つの画素分離領域間に位置する基板の表面に、第１領域と電荷の転送方向に沿って隣接するように形成された第２領域と、第１領域上に形成され、第１領域内の電荷を転送させる機能を有する第１転送電極と、第２領域上に形成され、第２領域内の電荷を転送させる機能を有する第２転送電極とを備えている。そして、第１領域の第１不純物領域から第２領域に向かう電荷の転送経路において、第２領域は、第１領域の第１不純物領域の第１導電型の第１の不純物濃度よりも低い第１導電型の第２の不純物濃度を有する第２不純物領域を含む。
【００１０】
この一の局面による固体撮像装置では、上記のように、第１領域の第１不純物領域から第２領域に向かう電荷の転送経路において、第２領域を、第１領域の第１不純物領域の第１導電型の第１の不純物濃度よりも低い第１導電型の第２の不純物濃度を有する第２不純物領域を含むように構成することによって、オフ状態の第２転送電極下の第２領域に形成されるポテンシャル障壁の高さを大きくすることができる。これにより、第１領域と第２領域との境界部の第１領域側に形成されるポテンシャル井戸に電荷を蓄積する際、そのポテンシャル井戸から第２領域に形成されるポテンシャル障壁を越えて電荷が流出するのを抑制することができる。このため、電荷の転送不良が発生するのを抑制することができる。
【００１１】
上記一の局面による固体撮像装置において、好ましくは、第１転送電極は、電荷の転送方向に沿った方向の第１の長さを有しており、第２転送電極の第１転送電極と反対側に所定の間隔を隔てて設けられ、第１の長さよりも大きい電荷の転送方向に沿った方向の第２の長さを有する第３転送電極をさらに備える。このように、第１転送電極の第１の長さよりも大きい電荷の転送方向に沿った方向の第２の長さを有する第３転送電極を第２転送電極の第１転送電極と反対側に設ける場合には、第３転送電極をオン状態にすると、第１転送電極をオン状態にする場合に生じる電界よりも大きな電界が第３転送電極から発生する。この場合には、オン状態の第３転送電極からの大きな電界の影響によって、オフ状態の第２転送電極下の第２領域に形成されるポテンシャル障壁の高さが小さくなりやすい。この場合にも、本発明では、第１領域の第１不純物領域から第２領域に向かう電荷の転送経路において、第２領域を、第１領域の第１不純物領域の第１導電型の第１の不純物濃度よりも低い第１導電型の第２の不純物濃度を有する第２不純物領域を含むように構成することによって、第２転送電極下の第２領域に形成されるポテンシャル障壁の高さを有効に大きくすることができる。
【００１２】
上記一の局面による固体撮像装置において、好ましくは、第１領域の第１不純物領域から第２領域に向かう電荷の転送経路において、第２領域は、第１不純物領域の第１の不純物濃度と同じ第１導電型の不純物濃度を有する第３不純物領域をさらに含み、第３不純物領域の電荷の転送方向に交差する方向の合計長さは、第１不純物領域の電荷の転送方向に交差する方向の長さよりも小さい。このように構成すれば、第１領域および第２領域に、それぞれ、同じ不純物濃度を有する第１不純物領域および第３不純物領域が形成される構造において、容易に、第２領域に設けられた低い不純物濃度の第２不純物領域により、オフ状態の第２転送電極下の第２領域に形成されるポテンシャル障壁の高さを大きくすることができる。
【００１３】
上記一の局面による固体撮像装置において、好ましくは、第２不純物領域の電荷の転送方向に交差する方向の長さは、第１不純物領域の電荷の転送方向に交差する方向の長さと同じである。このように構成すれば、第１領域の第１不純物領域から第２領域に向かう電荷の転送経路の実質的に全ての領域において、第２領域に設けられた低い不純物濃度の第２不純物領域により、オフ状態の第２転送電極下の第２領域に形成されるポテンシャル障壁の高さを大きくすることができる。なお、上記一の局面による固体撮像装置において、第２不純物領域の電荷の転送方向に交差する方向の長さと第１不純物領域の電荷の転送方向に交差する方向の長さとが「同じ」であるということは、上記した電荷の転送経路の実質的に全ての領域において、オフ状態の第２転送電極下の第２領域に形成されるポテンシャル障壁の高さを大きくすることができるほどの、「実質的に同じ」であることも含む。
【００１４】
上記一の局面による固体撮像装置において、好ましくは、第２領域の第２不純物領域は、第１領域と第２領域との境界部から電荷の転送方向に沿って第１領域と反対側に所定の距離ずらして形成されている。このように構成すれば、第１領域の第１の不純物領域よりも低い第２の不純物濃度を有する第２不純物領域を、第１領域と第２領域との境界部から第１領域側にずらして形成する場合と異なり、第１領域の第１不純物領域の第１の不純物濃度が低下するのを抑制することができる。これにより、第１領域の第１不純物領域の第１の不純物濃度の低下に起因する第１領域のポテンシャルの高さの増大を抑制することができるので、第１領域と第２領域とのポテンシャルの高さの差によって求められる第２領域のポテンシャル障壁の高さが減少するのを抑制することができる。このため、第２領域のポテンシャル障壁の高さを大きな高さで安定的に保持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１６】
図１は、本発明の一実施形態による固体撮像装置の全体構造を概略的に示した平面レイアウト図である。図２は、図１に示した一実施形態による固体撮像装置の撮像部および蓄積部の構造を示した平面レイアウト図である。図３は、図２に示した一実施形態による撮像部と蓄積部との境界部近傍の構造を拡大して示した平面レイアウト図である。図４〜図６は、それぞれ、図３に示した一実施形態による固体撮像装置の撮像部および蓄積部の１００−１００線、２００−２００線および３００−３００線に沿った断面図である。図７および図８は、図１に示した一実施形態による固体撮像装置のポテンシャルの状態を説明するための図である。図１〜図８を参照して、本実施形態による固体撮像装置について説明する。なお、本実施形態では、フレームトランスファ型の固体撮像装置に本発明を適用した例について説明する。
【００１７】
本実施形態によるフレームトランスファ型の固体撮像装置は、図１に示すように、撮像部１と、蓄積部２と、水平転送部３と、出力部４とを備えている。撮像部１は、光の入射により光電変換を行うために設けられている。また、撮像部１は、図２に示すように、光電変換機能を有する複数の画素５がマトリクス状に配置された構成を有する。また、撮像部１は、生成した電子（電荷）を蓄積するとともに、垂直方向に蓄積部２へ転送する機能を有する。蓄積部２は、撮像部１から転送された電子を蓄積するとともに、垂直方向に水平転送部３（図１参照）へ転送する機能を有する。また、蓄積部２には、撮像部１と同様、複数の画素６（図２参照）がマトリクス状に配置されている。水平転送部３は、蓄積部２から転送された電子を水平方向に順次出力部４（図１参照）へ転送する機能を有する。出力部４は、水平転送部３から転送された電子を電気信号として出力する機能を有する。
【００１８】
また、撮像部１および蓄積部２では、図２に示すように、後述するｎ型シリコン基板１１（図４参照）の表面に複数のｐ＋型の画素分離領域７が電子の転送方向に直交する方向に所定の間隔を隔てて形成されている。上記の撮像部１の画素５および蓄積部２の画素６は、隣接する画素分離領域７間に配置されている。また、複数の画素分離領域７は、電子の転送方向に沿って延びるように形成されている。また、撮像部１では、隣接する２つの画素分離領域７間に位置するｎ型シリコン基板１１（図４参照）の表面に、撮像部側転送領域８が形成されている。なお、この撮像部側転送領域８は、本発明の「第１領域」の一例である。また、蓄積部２では、隣接する２つの画素分離領域７間に位置するｎ型シリコン基板１１（図４参照）の表面に蓄積部側転送領域９が形成されている。この蓄積部側転送領域９は、撮像部側転送領域８に対して連続するとともに電子の転送方向に沿って隣接するように設けられている。そして、撮像部側転送領域８と蓄積部側転送領域９とを介して、図３に示すように、撮像部１で生成された電子が転送される電荷転送路１０が形成されている。
【００１９】
また、撮像部１および蓄積部２では、図４〜図６に示すように、ｎ型シリコン基板１１の表面から約２μｍ〜約４μｍの深さの領域に、約１０１５ｃｍ−３の不純物濃度を有するｐ型ウェル領域１２が形成されている。なお、ｎ型シリコン基板１１は、本発明の「基板」の一例である。また、図５および図６に示すように、隣接するｐ＋型の画素分離領域７間に位置するｎ型シリコン基板１１の表面から約０．５μｍ〜約１．０μｍの深さの領域には、約１×１０１６ｃｍ−３〜約５×１０１６ｃｍ−３の不純物濃度を有するｎ型不純物領域１３が形成されている。また、ｎ型不純物領域１３内には、図３〜図６に示すように、ｎ型不純物領域１３よりも高い不純物濃度（約１×１０１７ｃｍ−３〜約５×１０１７ｃｍ−３）を有するｎ＋型不純物領域１４が形成されている。
【００２０】
また、ｎ＋型不純物領域１４は、撮像部１に位置する撮像部１側のｎ＋型不純物領域１４ａ（図３および図５参照）と、蓄積部２に位置する蓄積部２側のｎ＋型不純物領域１４ｂ（図３参照）とを含んでいる。なお、撮像部１側のｎ＋型不純物領域１４ａは、本発明の「第１不純物領域」の一例である。また、撮像部１側のｎ＋型不純物領域１４ａは、電子の転送方向に直交する方向の長さＷｓを有している。また、撮像部１側のｎ＋型不純物領域１４ａとｎ型不純物領域１３の対応する部分とによって、撮像部１側の転送領域８が構成されているとともに、蓄積部２側のｎ＋型不純物領域１４ｂとｎ型不純物領域１３の対応する部分とによって、蓄積部２側の転送領域９が構成されている。また、蓄積部２側の転送領域９の撮像部１と蓄積部２との境界部近傍の領域には、転送領域９ａが設けられている。なお、この転送領域９ａは、本発明の「第２領域」の一例である。
【００２１】
ここで、本実施形態では、転送領域９のｎ＋型不純物領域１４ｂの転送領域９ａに対応する部分には、ｎ＋型不純物領域１４ａの電子の転送方向に直交する方向の長さＷｓよりも小さい電子の転送方向に直交する方向の長さＷｎを有するｎ＋型不純物領域１４ｃ（図３および図６参照）が設けられている。なお、このｎ＋型不純物領域１４ｃは、本発明の「第３不純物領域」の一例である。この小さい長さＷｎを有するｎ＋型不純物領域１４ｃと、画素分離領域７とｎ＋型不純物領域１４ｃとの間に位置するｎ型不純物領域１３の部分とによって、転送領域９ａが構成されている。なお、この転送領域９ａの画素分離領域７とｎ＋型不純物領域１４ｃとの間に位置するｎ型不純物領域１３の部分は、本発明の「第２不純物領域」の一例である。
【００２２】
つまり、本実施形態では、撮像部１側の転送領域８のｎ＋型不純物領域１４ａから蓄積部２側の転送領域９ａに向かう電荷転送経路において、撮像部１側の転送領域８のｎ＋型不純物領域１４ａの一部に対応する転送領域９ａの部分に、撮像部１側の転送領域８のｎ＋型不純物領域１４ａよりもｎ型不純物濃度が低いｎ型不純物領域１３が形成されている。これにより、撮像部１側の転送領域８のｎ＋型不純物領域１４ａから蓄積部２側の転送領域９ａに向かう電荷転送経路の一部において、撮像部１側の転送領域８のｎ＋型不純物領域１４ａから、ｎ＋型不純物領域１４ａよりもｎ型不純物濃度が低いｎ型不純物領域１３に向かう電荷転送経路が形成される。
【００２３】
また、ｎ型シリコン基板１１上には、図４に示すように、ＳｉＯ２からなる絶縁膜１５が全面を覆うように形成されている。また、撮像部１に位置する絶縁膜１５上と蓄積部２に位置する絶縁膜１５上とには、それぞれ、複数の転送電極１６ａおよび１６ｂが設けられている。転送電極１６ａは、撮像部１の転送領域８上に配置されているとともに、転送電極１６ｂは、蓄積部２の転送領域９上に配置されている。また、１つの転送電極１６ｂが蓄積部２の転送領域９ａ上に設けられている。なお、撮像部１の転送電極１６ａは、本発明の「第１転送電極」の一例である。また、蓄積部２の転送領域９ａ上に設けられた１つの転送電極１６ｂは、本発明の「第２転送電極」の一例であり、撮像部２側の転送領域９の転送領域９ａ以外の領域上に設けられた転送電極１６ｂは、本発明の「第３転送電極」の一例である。
【００２４】
また、撮像部１の複数の転送電極１６ａは、電子の転送方向に沿って約０．６μｍ毎に配置されているとともに、蓄積部２の複数の転送電極１６ｂは、電子の転送方向に沿って約１．０μｍの間隔を隔てて配置されている。また、撮像部１の複数の転送電極１６ａは、電子の転送方向に沿った方向の約０．４μｍの長さＬ１を有しているとともに、蓄積部２の複数の転送電極１６ｂは、電子の転送方向に沿った方向の約０．８μｍの長さＬ２を有している。すなわち、本実施形態では、蓄積部２の転送電極１６ｂの電子の転送方向に沿った方向の長さ（Ｌ２：約０．８μｍ）が撮像部１の転送電極１６ａの電子の転送方向に沿った方向の長さ（Ｌ１：約０．４μｍ）の約２倍の大きさになるように構成されている。これにより、本実施形態では、蓄積部２の転送電極１６ｂ下に位置する蓄積部側転送領域９の電子の蓄積容量が撮像部１の転送電極１６ａ下に位置する撮像部側転送領域８の電子の蓄積容量に比べて大きくなるように構成されている。また、撮像部１では、１つの画素５に対応して３本の転送電極１６ａが設けられているとともに、蓄積部２では、１つの画素６に対応して３本の転送電極１６ｂが設けられている。
【００２５】
また、撮像部１の３本の転送電極１６ａには、図２に示すように、それぞれ、３相のクロック信号ＣＬＫ１〜ＣＬＫ３が入力されるとともに、蓄積部２の３本の転送電極１６ｂには、それぞれ、３相のクロック信号ＣＬＫ４〜ＣＬＫ６が入力される。撮像部１および蓄積部２では、それぞれ、３相のクロック信号ＣＬＫ１〜ＣＬＫ３およびＣＬＫ４〜ＣＬＫ６により、３本の転送電極１６ａおよび１６ｂが１回ずつオン状態にされることによって、所定の転送電極１６ａまたは１６ｂ下の転送領域に蓄積した電子を、所定の転送電極１６ａまたは１６ｂの電子の転送方向に隣接する別の転送電極１６ａまたは１６ｂ下の転送領域に順次転送するように構成されている。
【００２６】
また、図７に示すように、オン状態の転送電極１６ａおよび１６ｂ下に位置する撮像部側転送領域８および蓄積部側転送領域９には、ポテンシャル井戸が形成されるとともに、オフ状態の転送電極１６ａおよび１６ｂ下に位置する転送領域８、９ａおよび９には、ポテンシャル障壁が形成される。そして、オン状態の転送電極１６ａおよび１６ｂ下の撮像部側転送領域８および蓄積部側転送領域９に形成されたポテンシャル井戸に電子が蓄積されるように構成されている。なお、本実施形態では、蓄積部２の転送電極１６ｂの電子の転送方向に沿った方向の長さＬ２（約０．８μｍ）が撮像部１の転送電極１６ａの電子の転送方向に沿った方向の長さＬ１（約０．４μｍ）に比べて大きいことに起因して、オン状態の転送電極１６ｂ下の蓄積部側転送領域９に形成されるポテンシャル井戸の電子の転送方向に沿った方向の幅Ａ２が、オン状態の転送電極１６ａ下の撮像部側転送領域８に形成されるポテンシャル井戸の電子の転送方向に沿った方向の幅Ａ１に比べて大きくなる。
【００２７】
また、蓄積部２の転送電極１６ｂの電子の転送方向に沿った方向の長さＬ２が撮像部１の転送電極１６ａの電子の転送方向に沿った方向の長さＬ１に比べて大きいことに起因して、オン状態の転送電極１６ｂ下の転送領域９には、オン状態の転送電極１６ａ下の転送領域８に比べて、より大きな電界が印加される。これにより、蓄積部２のオン状態の転送電極１６ｂ下の蓄積部側転送領域９に形成されるポテンシャル井戸の深さＤ２ａは、撮像部１のオン状態の転送電極１６ａ下の撮像部側転送領域８に形成されるポテンシャル井戸の深さＤ１ａよりも大きくなる。上記のように、本実施形態では、蓄積部２のオン状態の転送電極１６ｂ下の蓄積部側転送領域９に形成されるポテンシャル井戸の深さＤ２ａおよび幅Ａ２を、撮像部１のオン状態の転送電極１６ａ下の撮像部側転送領域８に形成されるポテンシャル井戸の深さＤ１ａおよび幅Ａ１に比べて大きくすることによって、蓄積部２側の転送領域９における電子の蓄積容量が撮像部１側の転送領域８における電子の蓄積容量に比べて大きくなるように構成されている。
【００２８】
また、撮像部１から蓄積部２へ電子を転送する前の状態では、図７に示すように、撮像部１と蓄積部２との境界部に隣接する撮像部１側の２つの転送電極１６ａがオン状態になることにより、この２つの転送電極１６ａ下の転送領域８にポテンシャル井戸が形成されるとともに、そのポテンシャル井戸に電子が蓄積されている。また、撮像部１と蓄積部２との境界部に隣接する蓄積部２側の転送電極１６ｂがオフ状態になることにより、その転送電極１６ｂ下の転送領域９ａにポテンシャル障壁が形成されている。なお、本実施形態では、上記のように蓄積部２側のオン状態の転送電極１６ｂから転送領域９に大きな電界が印加されるので、その大きな電界の影響によりオン状態の転送電極１６ｂに隣接するオフ状態の転送電極１６ｂ下の転送領域９ａのポテンシャル障壁の高さが小さくなる。その一方、本実施形態では、撮像部１側の転送領域８のｎ＋型不純物領域１４ａから蓄積部２側の転送領域９ａに向かう電荷転送経路において、撮像部１側の転送領域８のｎ＋型不純物領域１４ａの一部に対応する蓄積部２側の転送領域９ａの部分に、撮像部１側の転送領域８のｎ＋型不純物領域１４ａよりもｎ型不純物濃度が低いｎ型不純物領域１３を形成することによって、図７に示すように、転送領域９ａに形成されるポテンシャル障壁の高さを大きくしている。これにより、オン状態の転送電極１６ｂからの大きな電界の影響により転送領域９ａに形成されるポテンシャル障壁の高さが小さくなったとしても、転送領域９ａに隣接する撮像部１側の転送領域８のポテンシャル井戸から電子が流出する高さまで転送領域９ａのポテンシャル障壁の高さが小さくなるのが抑制される。
【００２９】
なお、転送領域９ａのｎ型不純物領域１３の不純物濃度は、転送領域９ａに形成されるポテンシャル障壁の高さが、撮像部１のオフ状態の転送電極１６ａ下の転送領域８に形成されるポテンシャル障壁の高さよりも大きくなるような不純物濃度に設定されている。また、図７に示した状態から、オフ状態の転送電極１６ａおよび１６ｂがオン状態になるとともに、オン状態の転送電極１６ａおよび１６ｂがオフ状態になることにより、図８に示すように、蓄積領域９ａにポテンシャル井戸が形成されるとともに、そのポテンシャル井戸に図７に示した状態において撮像部１と蓄積部２との境界部に隣接する転送領域８のポテンシャル井戸に蓄積されていた電子が転送される。なお、本実施形態では、転送領域９ａのｎ型不純物領域１３の不純物濃度を低くするのに伴って、転送領域９ａに形成されるポテンシャル井戸の深さＤ２ｂがある程度小さくなる。そのため、本実施形態では、転送領域９ａの電子の蓄積容量が転送領域８から転送される電子量よりも小さくなるのを抑制するため、転送領域９ａのｎ型不純物領域１３の不純物濃度を、転送領域９ａに形成されるポテンシャル井戸の深さが撮像部１のオン状態の転送電極１６ａ下の転送領域８に形成されるポテンシャル井戸の深さＤ１ｂ以上の深さＤ２ｂになるような不純物濃度に設定している。
【００３０】
本実施形態では、上記のように、撮像部１側の転送領域８のｎ＋型不純物領域１４ａから蓄積部２側の転送領域９ａに向かう電荷転送経路において、撮像部１側の転送領域８のｎ＋型不純物領域１４ａの一部に対応する蓄積部２側の転送領域９ａの部分に、撮像部１側の転送領域８のｎ＋型不純物領域１４ａよりもｎ型不純物濃度が低いｎ型不純物領域１３を形成することによって、オフ状態の転送電極１６ｂ下の転送領域９ａに形成されるポテンシャル障壁の高さを大きくすることができる。これにより、撮像部１と蓄積部２との境界部に隣接する撮像部１側の転送領域８に形成されるポテンシャル井戸に電子を蓄積する際、そのポテンシャル井戸から転送領域９ａに形成されるポテンシャル障壁を越えて電子が流出するのを抑制することができる。このため、電子の転送不良が発生するのを抑制することができる。
【００３１】
また、本実施形態では、転送領域９ａのｎ型不純物領域１３の不純物濃度を、オン状態の転送電極１６ｂ下の転送領域９ａに形成されるポテンシャル井戸の深さがオン状態の転送電極１６ａ下の転送領域８に形成されるポテンシャル井戸の深さ以上の深さになるような不純物濃度に設定することによって、転送領域９ａのｎ型不純物領域１３の不純物濃度を低くすることにより転送領域９ａのポテンシャル障壁の高さを大きくする場合にも、転送領域９ａのｎ型不純物領域１３の不純物濃度の低下に伴って転送領域９ａに形成されるポテンシャル井戸の深さが小さくなることに起因して、転送領域９ａのポテンシャル井戸に転送領域８のポテンシャル井戸から転送された全ての電子を蓄積するのが困難になるのを抑制することができる。
【００３２】
次に、撮像部と蓄積部との境界部近傍の領域の不純物濃度分布を調べたシミュレーション、および、境界部近傍のｎ＋型不純物領域の位置を電子の転送方向に沿ってずらした場合の境界部近傍の転送領域に形成されるポテンシャル障壁の高さの変化を調べたシミュレーションの結果について説明する。
【００３３】
図９には、撮像部と蓄積部との境界部近傍の領域の不純物濃度分布を調べたシミュレーション結果が示されている。図９から、ｎ＋型不純物領域の注入領域のｐ＋型画素分離領域側の端部およびｐ＋型画素分離領域の注入領域のｎ＋型不純物領域側の端部を直線的に設定してｎ型シリコン基板にイオン注入を行う場合にも、ｎ型不純物およびｐ型不純物がｎ型シリコン基板内で拡散することにより、ｎ＋型不純物領域とｎ型不純物領域との境界部およびｎ型不純物領域とｐ＋型画素分離領域との境界部は曲線的に構成されることが判った。
【００３４】
次に、図１０には、境界部近傍のｎ＋型不純物領域の位置を電子の転送方向に沿ってずらした場合の境界部近傍の転送領域に形成されるポテンシャル障壁の高さの変化について調べたシミュレーションの結果が示されている。なお、この図１０では、撮像部と蓄積部との境界部に隣接する蓄積部側の転送領域のポテンシャルの高さと、撮像部と蓄積部との境界部に隣接する撮像部側の転送領域のポテンシャルの高さとの差を境界部近傍の転送領域のポテンシャル障壁の高さとして表している。また、図１０では、境界部近傍の蓄積部側のｎ＋型不純物領域と撮像部側のｎ＋型不純物領域との境界部が撮像部と蓄積部との境界部と同じ位置にある状態を合わせずれが０μｍの状態として設定している。
【００３５】
図１０から判るように、境界部近傍のｎ＋型不純物領域を電子の転送方向に沿って蓄積部側にずらして形成した場合には、境界部近傍のｎ＋型不純物領域を電子の転送方向に沿って撮像部側にずらして形成した場合に比べて、境界部近傍の転送領域に形成されるポテンシャル障壁の高さの変化量が少ない。これにより、境界部近傍のｎ＋型不純物領域は、電子の転送方向に沿って蓄積部側にずらして形成した方が、電子の転送方向に沿って撮像部側にずらして形成する場合よりも、境界部近傍の転送領域に形成されるポテンシャル障壁の高さを安定して保持することが可能であることが判明した。また、図１０に示したシミュレーションの結果から、図１１に示すように、境界部近傍のｎ＋型不純物領域を電子の転送方向に沿って蓄積部側にずらして形成した場合には、電子の転送方向に沿って撮像部側にずらして形成した場合に比べて、境界部近傍の転送領域に形成されるポテンシャル障壁の高さを大きくすることが可能であることも判った。
【００３６】
上記のシミュレーションの結果は、以下の理由によると考えられる。すなわち、電子の転送方向に直交する方向の長さの小さい境界部近傍のｎ＋型不純物領域を、電子の転送方向とは逆の撮像部側にずらすにつれて、撮像部と蓄積部との境界部に隣接する撮像部側の転送領域のｎ型不純物濃度が減少する。これにより、撮像部と蓄積部との境界部に隣接する撮像部側の転送領域のポテンシャルの高さが増大する。また、境界部近傍のｎ＋型不純物領域を、電子の転送方向とは逆の撮像部側に一定の距離以上ずらすと、境界部近傍のｎ＋型不純物領域よりも電子の転送方向に直交する方向の長さの大きい蓄積部側のｎ＋型不純物領域の境界部近傍のｎ＋型不純物領域以外の部分が、境界部近傍の転送領域内に入ってくるので、境界部近傍の転送領域のｎ型不純物濃度が増加する。これにより、境界部近傍の転送領域のポテンシャルの高さが低下する。このように、境界部近傍のｎ＋型不純物領域を電子の転送方向とは逆の撮像部側にずらして形成した場合には、撮像部と蓄積部との境界部に隣接する撮像部側の転送領域のポテンシャルの高さが増大するとともに、境界部近傍の転送領域のポテンシャルの高さが低下する場合があるので、境界部近傍の転送領域のポテンシャルと、撮像部と蓄積部との境界部に隣接する撮像部側の転送領域のポテンシャルとの差によって求められる境界部近傍の転送領域のポテンシャル障壁の高さが大きく減少すると考えられる。
【００３７】
一方、境界部近傍のｎ＋型不純物領域を電子の転送方向に沿って蓄積部側にずらして形成する場合には、撮像部と蓄積部との境界部に隣接する撮像部側の転送領域のｎ型不純物濃度はほぼ変化しない。これにより、撮像部と蓄積部との境界部に隣接する撮像部側の転送領域のポテンシャルの高さはほぼ変化しない。また、境界部近傍のｎ＋型不純物領域を電子の転送方向に沿って撮像部側にずらす距離が一定の距離までは、境界部近傍のｎ＋型不純物領域よりも電子の転送方向に直交する方向の長さの大きい撮像部側のｎ＋型不純物領域が境界部近傍の蓄積部側の転送領域内に入ってこないので、境界部近傍の転送領域のｎ型不純物濃度はほぼ変化しない。これにより、境界部近傍の転送領域のポテンシャルの高さはほぼ変化しない。したがって、境界部近傍のｎ＋型不純物領域を電子の転送方向に沿って蓄積部側に一定の距離ずらすまでは、境界部近傍の転送領域のポテンシャル障壁の高さは、ほぼ一定になる。
【００３８】
また、境界部近傍のｎ＋型不純物領域を電子の転送方向に沿って蓄積部側に一定の距離以上ずらした場合には、撮像部と蓄積部との境界部に隣接する撮像部側の転送領域のｎ型不純物濃度はほぼ変化しない。その一方、境界部近傍の転送領域内に、境界部近傍のｎ＋型不純物領域よりも電子の転送方向に直交する方向の長さの大きい撮像部側のｎ＋型不純物領域が入ってくるので、境界部近傍の転送領域のｎ型不純物濃度が増加する。この場合には、境界部近傍の転送領域のｎ型不純物濃度が増加した分だけ、境界部近傍の転送領域に形成されるポテンシャル障壁の高さが減少する。なお、このポテンシャル障壁の高さの減少量は、上記の撮像部側に境界部近傍のｎ＋型不純物領域をずらした場合に撮像部側の転送領域のｎ型不純物濃度が減少するとともに境界部近傍の転送領域のｎ型不純物濃度が増加することに起因するポテンシャル障壁の高さの減少量に比べて小さくなると考えられる。上記のようにして、境界部近傍のｎ＋型不純物領域を電子の転送方向に沿って蓄積部側にずらして形成した方が撮像部側にずらして形成する場合よりも、境界部近傍の転送領域に形成されるポテンシャル障壁の高さを大きな高さで安定的に保持することができると考えられる。
【００３９】
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【００４０】
たとえば、上記実施形態では、フレームトランスファ型の固体撮像装置に本発明を適用した例について説明したが、本発明はこれに限らず、フレームトランスファ型以外の固体撮像装置にも本発明を適用することが可能である。
【００４１】
また、上記実施形態では、撮像部と蓄積部との境界部近傍の蓄積部の転送領域に含まれるｎ＋型不純物領域の電子の転送方向に直交する方向の長さを、撮像部側の転送領域に含まれるｎ＋型不純物領域の電子の転送方向に直交する方向の長さよりも小さくするとともに、境界部近傍の蓄積部の転送領域に含まれるｎ型不純物領域の電子の転送方向に直交する方向の長さを大きくすることによって、撮像部側の転送領域のｎ＋型不純物領域から蓄積部側の転送領域に向かう電荷転送経路において、撮像部側の転送領域のｎ＋型不純物領域の一部に対応する蓄積部側の転送領域の部分に、撮像部側の転送領域のｎ＋型不純物領域よりもｎ型不純物濃度が低いｎ型不純物領域を形成して、撮像部側の転送領域のｎ＋型不純物領域の一部の領域から、ｎ＋型不純物領域よりもｎ型不純物の濃度が低いｎ型不純物領域に向かう電荷転送経路が形成されるようにしたが、本発明はこれに限らず、他の方法により、撮像部側の転送領域のｎ＋型不純物領域から、ｎ＋型不純物領域よりもｎ型不純物濃度が低いｎ型の不純物領域に向かう電荷転送経路が形成されるようにしてもよい。
【００４２】
たとえば、図１２に示すように、境界部近傍の蓄積部２側の転送領域２９ａに含まれるｎ＋型不純物領域２４ｃの電子の転送方向に直交する方向の長さＷｎを撮像部１側の転送領域８に含まれるｎ＋型不純物領域２４ａの電子の転送方向に直交する方向の長さＷｓと同じ長さに形成するとともに、境界部近傍のｎ＋型不純物領域２４ｃのｎ型不純物濃度を撮像部１側のｎ＋型不純物領域２４ａのｎ型不純物濃度よりも低くすることによって、撮像部１側の転送領域８のｎ＋型不純物領域２４ａの全ての領域から、ｎ＋型不純物領域２１ａよりもｎ型不純物濃度が低いｎ＋型不純物領域２４ｃに向かう電荷転送経路が形成されるようにしてもよい。なお、転送領域２９ａは、本発明の「第２領域」の一例である。また、撮像部１側のｎ＋型不純物領域２４ａは、本発明の「第１不純物領域」の一例であり、境界部近傍のｎ＋型不純物領域２４ｃは、本発明の「第２不純物領域」の一例である。
【００４３】
また、上記実施形態では、境界部近傍の転送領域に単一のｎ＋型不純物領域を平面的に見て四角形状を有するように形成したが、本発明はこれに限らず、境界部近傍のｎ＋型不純物領域の電子の転送方向に交差する方向の合計長さが撮像部側のｎ＋不純物領域の電子の転送方向に交差する方向の長さよりも小さくなれば、境界部近傍のｎ＋型不純物領域を上記以外の種々の形状で形成してもよい。たとえば、境界部近傍のｎ＋型不純物領域を複数に分割するとともに、電子の転送方向に交差する方向に所定の間隔を隔てて、電子の転送方向に沿って延びるように設けてもよい。
【００４４】
また、上記実施形態では、隣接する画素分離領域間に位置するｎ＋型不純物領域以外の領域がｎ型になるように構成したが、本発明はこれに限らず、隣接する画素分離領域間に位置するｎ＋型不純物領域以外の領域がｎ型以外の導電型を有する領域を含むように構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の一実施形態による固体撮像装置の全体構成を概略的に示した平面レイアウト図である。
【図２】図１に示した一実施形態による固体撮像装置の撮像部および蓄積部の構造を示した平面レイアウト図である。
【図３】図２に示した一実施形態による撮像部と蓄積部との境界部近傍の構造を拡大して示した平面レイアウト図である。
【図４】図３に示した一実施形態による固体撮像装置の撮像部および蓄積部の１００−１００線に沿った断面図である。
【図５】図３に示した一実施形態による固体撮像装置の撮像部および蓄積部の２００−２００線に沿った断面図である。
【図６】図３に示した一実施形態による固体撮像装置の撮像部および蓄積部の３００−３００線に沿った断面図である。
【図７】図１に示した一実施形態による固体撮像装置の撮像部から蓄積部へ電子を転送する前のポテンシャルの状態を示した図である。
【図８】図１に示した一実施形態による固体撮像装置の撮像部側の転送領域から蓄積部の境界部近傍の転送領域へ電子を転送した後のポテンシャル状態を示した図である。
【図９】撮像部と蓄積部との境界部近傍の領域の不純物濃度分布を表した図である。
【図１０】境界部近傍のｎ＋型不純物領域の電子の転送方向に沿った方向のずれ量と境界部近傍の転送領域に形成されるポテンシャル障壁の高さとの関係を示した相関図である。
【図１１】本発明の一実施形態の変形例による固体撮像装置の境界部近傍のｎ＋型不純物領域を電子の転送方向に沿って蓄積部側にずらした構造を示した平面レイアウト図である。
【図１２】本発明の変形例による固体撮像装置の撮像部および蓄積部の構造を示した平面レイアウト図である。
【図１３】従来の一例による固体撮像装置の構成について説明するための平面レイアウト図である。
【図１４】図１３に示した従来の一例による固体撮像装置の撮像部から蓄積部へ電子（電荷）を転送する前のポテンシャルの状態を示した図である。
【符号の説明】
【００４６】
７  画素分離領域
８  転送領域（第１領域）
９ａ、２９ａ  転送領域（第２領域）
１１  ｎ型シリコン基板（基板）
１３  ｎ型不純物領域（第２不純物領域）
１４ａ  ｎ＋型不純物領域（第１不純物領域）
１４ｃ  ｎ＋型不純物領域（第３不純物領域）
１６ａ  転送電極（第１転送電極）
１６ｂ  転送電極（第２転送電極、第３転送電極）
２４ａ  ｎ＋型不純物領域（第１不純物領域）
２４ｃ  ｎ＋型不純物領域（第２不純物領域）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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